Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/11147/11943
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorBarışık, Muraten_US
dc.contributor.authorSabet, Safaen_US
dc.date.accessioned2022-02-02T11:59:12Z-
dc.date.available2022-02-02T11:59:12Z-
dc.date.issued2021-11en_US
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11147/11943-
dc.descriptionThesis (Doctoral)--Izmir Institute of Technology, Mechanical Engineering, Izmir, 2021en_US
dc.descriptionIncludes bibliographical references (leaves. 77-90)en_US
dc.descriptionText in English; Abstract: Turkish and Englishen_US
dc.description.abstractGas flow in micro/nano-scale porous systems is observed in many applications and technologies. Gas dynamics at such small scales differ from conventional fluid dynamics estimations due to rarefaction effects. In the literature, the Knudsen number (Kn) for the characterization of rarefaction effects on permeability is calculated based on a characteristic flow height estimated from the pore size, while the geometric parameters such as pore shape and pore-throat ratios are mostly ignored. Therefore, an accurate characterization of rarefaction effects could not be ascertained. For the first time in literature, a general characterization of gas transport through systems at different porosity and pore throat size values and at different rarefaction levels was obtained using a modified Kn definition. The characteristic height required for an accurate Kn of a porous system is defined using the "equivalent diameter" calculated from the corresponding permeabilities. Pore-level calculations were performed in a wide range of systems while the observed permeability variation by porous parameters was successfully described by an extended volume-averaged model developed as a combination of the Darcy, Kozeny-Carman, and Klinkenberg models. The characterization systematic and volume-averaged model was applied for various cases of (i) two-dimensional porous, (ii) two-dimensional multi- porous, and (iii) three-dimensional complex porous system. For all these systems, the permeability values could be estimated in terms of the geometric parameters of the porous structures and rarefaction levels. In addition, the rarefaction effects on heat convection in metal foams were studied through Darcy to Forchheimer flow regimes using the Kelvin Cell structure. A 60% increase in permeability and a substantial decrease in inertial effects developed due to rarefaction, while Nusselt numbers were found mostly related to Reynolds number. Further, the influence of variation in gas thermophysical properties coupled with rarefaction as a function of increasing gas temperature for high heat flux applications was described. A 40% decrease in hydraulic conductivity for a temperature increase from 300K to 400K is observed, independent from the Kn number.en_US
dc.description.abstractBirçok önemli uygulamalarda karşımıza çıkan mikro/nano-ölçek gözenekli sistemlerdeki gaz akışı mevcut geleneksel akışkanlar dinamiği hesaplarından seyrelme etkileri nedeniyle farklılaşmaktadır. Literatürde geçirgenlik üzerindeki seyrelme etkilerinin karakterizasyonunda kullanılan Knudsen sayısı gözenek boyutu cinsinden hesaplanmış, gözenek-boğaz genişliği gibi diğer geometrik parametreler göz ardı edilmiştir. Bu nedenle mikro/nano-ölçek seyrelme etkilerinin doğru bir karakterizasyonu elde edilememiştir. Literatürde ilk kez, faklı gözenek ve gözenek-boğaz genişliğindeki sistemlerde farklı seyrelme seviyelerindeki gaz taşınımın doğru Knudsen tanımı ile genel bir karakterizasyonu elde edilmiştir. Çok farklı akış alanları içeren bir gözenekli sistemin doğru Knudsen sayısını hesaplamak için gerekli karakteristik akış boyutu geçirgenlik kat sayısından hesaplanan bir "eşdeğer çap" tanımı ile sağlanmıştır. Gözenek seviyesi hesaplamaları çok çeşitli sistemlerde uygulanmış ve gözenekli parametrelerle gözlemlenen geçirgenlik değişimi Darcy, Kozeny-Carman ve Klinkenberg modellerinin bir kombinasyonu olarak hacim ortalamalı bir model ile başarıyla tanımlanmıştır. Bu karakterizasyon sistematiği ve geçirgenlik hesaplama modeli (i) iki boyutlu, (ii) çoklu gözenekli ve (iii) üç boyutlu kompleks gözenekli gibi farklı yapılarında uygulanmış ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Bahsi geçen yapılarda gözenekli sistemin geometrik parametreleri ve seyrelme seviyesi cinsinden geçirgenlik değerleri geliştirilen model ile karakterize edilebilmiştir. Ek olarak konvektif gaz taşınımın seyrelme etkileri Kelvin cell yapısına sahip metal köpükler üzerinde Darcy ile Forchheimer arasındaki rejimlerde hesaplanmıştır. Seyrelme etkileri geçirgenlik kat sayısının 60% artışına ve eylemsizlik etkilerinin azalmasına sebep olurken hesaplanan Nu katsayısının seyrelme etkilerinden bağımsız olarak sadece Reynols sayısı ile ilişkili bulunmuştur. Ayrıca, yüksek ısı akış uygulamaları için gazın termofiziksel özelliklerindeki değişikliğin seyrelme ile birleştiğinde etkisi açıklanmıştır. Kn sayısından bağımsız olarak 300K'dan 400K'ya kadar bir sıcaklık artışı için hidrolik iletkenlikte %40'lık bir azalma gözlemlenmiştir.en_US
dc.format.extentxii, 90 leavesen_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherIzmir Institute of Technologyen_US
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessen_US
dc.subjectGas permeabilityen_US
dc.subjectRarefaction effecten_US
dc.subjectVelocity slipen_US
dc.subjectApparent gas permeabilityen_US
dc.subjectEquivalent Knudsen numberen_US
dc.titleNumerical investigation of gas transport through micro/nano-scale porous media at slip flow regimeen_US
dc.title.alternativeKayma akış rejiminde mikro/nano ölçekli gözenekli yapılarda gaz taşınımının sayısal olarak incelenmesien_US
dc.typeDoctoral Thesisen_US
dc.departmentIzmir Institute of Technology. Mechanical Engineeringen_US
dc.relation.publicationcategoryTezen_US
dc.contributor.affiliationIzmir Institute of Technologyen_US
item.openairetypeDoctoral Thesis-
item.languageiso639-1en-
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.grantfulltextopen-
item.fulltextWith Fulltext-
item.cerifentitytypePublications-
Appears in Collections:Phd Degree / Doktora
Files in This Item:
File Description SizeFormat 
10435471.pdfDoctoral Thesis9.4 MBAdobe PDFView/Open
Show simple item record

CORE Recommender

Page view(s)

352
checked on Oct 3, 2022

Download(s)

62
checked on Oct 3, 2022

Google ScholarTM

Check


Items in GCRIS Repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.